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Dissertationen

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Erstellt: Thu, 17 Sep 2020 23:02:54 +0200 in 0.0585 sec


Richter, Andreas;
Estimation of radio channel parameters : models and algorithms, 2005. - XVI, 194 S = 6,12 MB. Ilmenau : Techn. Univ., Diss., 2005

Diese Dissertation behandelt die Schätzung der Modellparameter einer Momentanaufnahme des Mobilfunkkanals. Das besondere Augenmerk liegt zum einen auf der Entwicklung eines generischen Datenmodells für den gemessenen Funkkanal, welches für die hochauflösende Parameterschätzung geeignet ist. Der zweite Schwerpunkt dieser Arbeit ist die Entwicklung eines robusten Parameterschätzers für die Bestimmung der Parameter des entworfenen Modells aus Funkkanalmessdaten. Entsprechend dieser logischen Abfolge ist auch der Aufbau dieser Arbeit.Im ersten Teil wird ausgehend von einem aus der Literatur bekannten strahlenoptischen Modell eine algebraisch handhabbare Darstellung von beobachteten Wellenausbreitungspfaden entwickelt. Das mathematische Modell erlaubt die Beschreibung von SISO (single-input-single-output)-Übertragungssystemen, also von Systemen mit einer Sendeantenne und einer Empfangsantenne, als auch die Beschreibung von solchen Systemen mit mehreren Sende- und/oder Empfangsantennen. Diese Systeme werden im Allgemeinen auch als SIMO- (single-input-multiple-output), MISO- (multiple-input-single-output) oder MIMO-Systeme (multiple-input-multiple-output) bezeichnet. Im Gegensatz zu bekannten Konzepten enthält das entwickelte Modell keine Restriktionen bezüglich der modellierbaren Antennenarrayarchitekturen. Dies ist besonders wichtig in Hinblick auf die möglichst vollständige Erfassung der räumlichen Struktur des Funkkanals. Die Flexibilität des Modells ist eine Grundvoraussetzung für die optimale Anpassung der Antennenstruktur an die Messaufgabe. Eine solche angepasste Antennenarraystruktur ist zum Beispiel eine zylindrische Anordnung von Antennenelementen. Sie ist gut geeignet für die Erfassung der räumlichen Struktur des Funkkanals (Azimut und Elevation) in so genannten Outdoor-Funkszenarien. Weiterhin wird im ersten Teil eine neue Komponente des Funkkanaldatenmodells eingeführt, welche den Beitrag verteilter (diffuser) Streuungen zur Funkübertragung beschreibt. Die neue Modellkomponente spielt eine Schlüsselrolle bei der Entwicklung eines robusten Parameterschätzers im Hauptteil dieser Arbeit. Die fehlende Modellierung der verteilten Streuungen ist eine der Hauptursachen für die begrenzte Anwendbarkeit und die oft kritisierte fehlende Robustheit von hochauflösenden Funkkanalparameterschätzern, die in der Literatur etabliert sind. Das neue Datenmodell beschreibt die so genannten dominanten Ausbreitungspfade durch eine deterministische Abbildung der Pfadparameter auf den gemessenen Funkkanal. Der Beitrag der verteilten Streuungen wird mit Hilfe eines zirkularen mittelwertfreien Gaußschen Prozesses beschrieben. Die Modellparameter der verteilten Streuungen beschreiben dabei die Kovarianzmatrix dieses Prozesses. Basierend auf dem entwickelten Datenmodell wird im Anschluss kurz über aktuelle Konzepte für Funkkanalmessgeräte, so genannte Channel-Sounder, diskutiert. Im zweiten Teil dieser Arbeit werden in erster Linie Ausdrücke zur Bestimmung der erzielbaren Messgenauigkeit eines Channel-Sounders abgeleitet. Zu diesem Zweck wird die untere Schranke für die Varianz der geschätzten Modellparameter, das heißt der Messwerte, bestimmt. Als Grundlage für die Varianzabschätzung wird das aus der Parameterschätztheorie bekannte Konzept der Cramér-Rao-Schranke angewandt. Im Rahmen der Ableitung der Cramér-Rao-Schranke werden außerdem wichtige Gesichtspunkte für die Entwicklung eines effizienten Parameterschätzers diskutiert. Im dritten Teil der Arbeit wird ein Schätzer für die Bestimmung der Ausbreitungspfadparameter nach dem Maximum-Likelihood-Prinzip entworfen. Nach einer kurzen Übersicht über existierende Konzepte zur hochauflösenden Funkkanalparameterschätzung wird die vorliegende Schätzaufgabe analysiert und in Hinsicht ihres Typs klassifiziert. Unter der Voraussetzung, dass die Parameter der verteilten Streuungen bekannt sind, lässt sich zeigen, daß sich die Schätzung der Parameter der Ausbreitungspfade als ein nichtlineares gewichtetes kleinstes Fehlerquadratproblem auffassen lässt. Basierend auf dieser Erkenntnis wird ein generischer Algorithmus zur Bestimmung einer globalen Startlösung für die Parameter eines Ausbreitungspfades vorgeschlagen. Hierbei wird von dem Konzept der Structure-Least-Squares (SLS)-Probleme Gebrauch gemacht, um die Komplexität des Schätzproblems zu reduzieren. Im folgenden Teil dieses Abschnitts wird basierend auf aus der Literatur bekannten robusten numerischen Algorithmen ein Schätzer zur genauen Bestimmung der Ausbreitungspfadparameter abgeleitet. Im letzten Teil dieses Abschnitts wird die Anwendung unterraumbasierter Schätzer zur Bestimmung der Ausbreitungspfadparameter diskutiert. Es wird ein speichereffizienter Algorithmus zur Signalraumschätzung entwickelt. Dieser Algorithmus ist eine Grundvoraussetzung für die Anwendung von mehrdimensionalen Parameterschätzern wie zum Beispiel des R-D unitary ESPRIT (Estimation of Signal Parameters via Rotational Invariance Techniques) zur Bestimmung von Funkkanalparametern aus MIMO-Funkkanalmessungen. Traditionelle Verfahren zur Signalraumschätzung sind hier im Allgemeinen nicht anwendbar, da sie einen zu großen Speicheraufwand erfordern. Außerdem wird in diesem Teil gezeigt, dass ESPRIT-Algorithmen auch zur Parameterschätzung von Daten mit so genannter versteckter Rotations-Invarianzstruktur eingesetzt werden können. Als Beispiel wird ein ESPRIT-basierter Algorithmus zur Richtungsschätzung in Verbindung mit multibeam-Antennenarrays (CUBA) abgeleitet. Im letzten Teil dieser Arbeit wird ein Maximum-Likelihood-Schätzer für die neue Komponente des Funkkanals, welche die verteilten Streuungen beschreibt, entworfen. Ausgehend vom Konzept des iterativen Maximum-Likelihood-Schätzers wird ein Algorithmus entwickelt, der hinreichend geringe numerische Komplexität besitzt, so dass er praktisch anwendbar ist. In erster Linie wird dabei von der Toeplitzstruktur der zu schätzenden Kovarianzmatrix Gebrauch gemacht. Aufbauend auf dem Schätzer für die Parameter der Ausbreitungspfade und dem Schätzer für die Parameter der verteilten Streuungen wird ein Maximum-Likelihood-Schätzer entwickelt (RIMAX), der alle Parameter des in Teil I entwickelten Modells der Funkanalmessung im Verbund schätzt. Neben den geschätzten Parametern des Datenmodells liefert der Schätzer zusätzlich Zuverlässigkeitsinformationen. Diese werden unter anderem zur Bestimmung der Modellordnung, das heißt zur Bestimmung der Anzahl der dominanten Ausbreitungspfade, herangezogen. Außerdem stellen die Zuverlässigkeitsinformationen aber auch ein wichtiges Schätzergebnis dar. Die Zuverlässigkeitsinformationen machen die weitere Verarbeitung und Wertung der Messergebnisse möglich.



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Dimov, Boyko;
General restrictions and their possible solutions for the development of ultra high-speed integrated RSFQ digital circuits. - Ilmenau : Wiss.-Verl. Ilmenau, 2005. - IX, 107 S.. . - (Forschungsberichte aus dem Institut für Allgemeine und Theoretische Elektrotechnik. - 8) : Zugl.: Ilmenau, Techn. Univ., Diss., 2005
ISBN 3-936404-16-X

Die vorliegende Dissertationsschrift diskutiert mögliche Beschränkungen für die Entwicklung extrem schneller hoch integrierter Einzelflussquantenschaltungen (engl. RSFQ) auf der Basis von Tieftemperatursupraleitern (TTSL). Orientiert an den Erfahrungen im Entwurf hochintegrierter Halbleiterschaltungen werden hier hauptsächlich drei Problemklassen behandelt: die Untersuchung parasitärer Kopplungseffekte zwischen Mikrostreifenleitungen, die Optimierung der vorhandenen Methoden zur Übertragung von Einzelflussquantenimpulsen, und der Aufbau einer Entwurfsbasis für asynchrone Schaltungskonzepte und deren Umsetzung innerhalb der TTSL-RSFQ Schaltungstechnik. - Die parasitären Kopplungseffekte zwischen hochintegrierten TTSL-Mikrostreifenleitungen wurden durch eine neuartige Methode analysiert und ihr Einfluss auf die Leistungsfähigkeit von RSFQ-Schaltungen theoretisch abgeschätzt. Mit Hilfe eines neuartigen Konzeptes für Untersuchung dieser Effekte konnten diese Vorhersagen experimentell bestätigt und Entwurfsregeln für hochintegrierte TTSL-RSFQ Schaltungen abgeleitet werden. Die wesentlichen Übertragungsarten von Einzelflussquantenimpulsen über große Distanzen auf dem Chip wurden bezüglich ihrer Leistungsfähigkeit analysiert und durch ein neuartiges Designkonzept deutlich verbessert. So konnten erstmalig verschiedene Beeinträchtigungen bei der Signalübertragung in der TTSL-RSFQ Schaltungstechnik beseitigt werden. - Selbst unter der Annahme von synchronen RSFQ-Logikschaltungen mit hoher Komplexität ist der Betrieb mit Multigigahertz-Taktfrequenzen mit dem derzeitigen TTSL-Fertigungsprozess nicht vorstellbar. Daher wurden hier neue Konzepte der asynchronen Schaltungsrealisierung dargestellt und auf deren Grundlage eine vollständige Zellbibliothek erarbeitet. Darüber hinaus ist ein spezielles Messkonzept für eine experimentelle Überprüfung der Bibliothekselemente entwickelt und praktisch angewendet worden. - Durch eine vorhersagbare Beeinträchtigung der Leistungsfähigkeit durch parasitäre Kopplungseffekte, verbesserte Techniken zur Signalübertragung, ein experimentell geprüftes Konzept für die Entwicklung asynchroner RSFQ-Schaltungen und eine darauf aufbauende asynchrone Zellbibliothek ist es gelungen, die fundamentalen Begrenzungen für die Entwicklung von ultraschnellen integrierten asynchronen RSFQ Anwendungen zu überwinden.



Harutyunyan, Gurgen;
Drahtlose Bildübertragung durch nichtmetallische Rohre und Kanäle. - Ilmenau : Wiss.-Verl. Ilmenau, 2005. - VI, 104 S.. Zugl.: Ilmenau : Techn. Univ., Diss., 2005
ISBN 3936404151

Angesichts der technischen und wirtschaftlichen Erfordernisse von Untersuchungen des Zustandes von Abwasserkanälen wurde im Rahmen dieser Arbeit ein Kanalreinigungsgerät weiterentwickelt, das eine funkbasierte Echtzeit-Kanalinspektion während des Reinigungsprozesses ermöglicht. Hauptaugenmerk lag auf einer drahtlosen Videoübertragung mit maximaler Reichweite, da drahtgebundene Lösungen erfahrungsgemäß dem rauen Betrieb in der Kanalreinigungstechnik nicht gewachsen sind. Der zu nutzende Übertragungskanal nichtmetallisches Rohr" stellt dabei hohe Anforderungen an das gesamte Funksystem, angefangen bei der Wahl eines geeigneten Modulationsverfahrens (analog oder digital) über die aufzuwendende Sendeleistung, die Wahl der Übertragungsfrequenz und die Gestaltung der Antennen und deren Polarisation bis hin zur Optimierung des Empfängers. Die Ermittlung und Auswertung optimaler Übertragungsbedingungen beruht auf analytischen, numerischen und experimentellen Untersuchungen des Ausbreitungsmediums. Ein speziell hierfür entwickeltes, auf der geometrischen Optik basierendes, phänomenologisches Modell beschreibt die Wellenausbreitung im Kanalrohr und liefert wertvolle Aussagen für die Systemoptimierung. Zu den Hauptmerkmalen der Ausbreitungseigenschaften dielektrisch berandeter Rohre gehört ein bei bestimmten Durchmesser-Wellenlängenverhältnissen auftretender Wellenführungseffekt mit einem messbaren Übertragungsgewinn von bis zu 20 dB im Vergleich zur Freiraumausbreitung über gleiche Distanz. Das Zustandekommen dieses Wellenführungseffektes konnte durch Reflexionen an der Grenzfläche zwischen zwei dielektrischen Medien (z.B. LuftPVC) entlang des gesamten Rohrumfanges erklärt werden. Das Modell basiert auf der vektoriellen Zerlegung des elektrischen Feldvektors eines Sendesignals beliebiger Polarisation in vertikal bzw. horizontal bzgl. der Rohrberandung orientierte Komponenten. Vielfachreflexionen mit polarisations- und entfernungsabhängigen Reflexionsfaktoren werden darin ebenso berücksichtigt wie mögliche inhomogene und verlustbehaftete Eigenschaften der Rohrberandung. Das Modell liefert eine Ausgangsbasis für numerische Modellierungen der wesentlich komplexeren Geometrien teilweise wassergefüllter Rohre, für die in der vorliegenden Arbeit aussagekräftige Plausibilitätsbetrachtungen angestellt wurden.Neben dem gerätetechnisch nutzbaren Übertragungsgewinn konnte eine weitere Verbesserung der Übertragungsqualität bzw. -Reichweite durch digitale Modulationsverfahren erreicht werden. Beide Ansätze wurden schließlich in einem voll funktionsfähigen Prototyp einer funkbasierten Kanalreinigungssonde realisiert, die in Kooperation mit dem Unternehmen KEG mbH im Rahmen eines vom BMWA geförderten Vorhabens entwickelt und in Feldtests erprobt wurde



Ortlepp, Thomas;
Dynamische Analyse stochastischer Einflüsse in der supraleitenden Einzelflussquantenelektronik. - Ilmenau : Wiss.-Verl. Ilmenau, 2005. - XI, 159 S.. . - (Forschungsberichte aus dem Institut für Allgemeine und Theoretische Elektrotechnik) : Zugl.: Ilmenau, Techn. Univ., Diss., 2004
ISBN 3-936404-14-3

Die vorliegende Arbeit beinhaltet eine grundlegende Untersuchung von Systemen der digitalen Signalverarbeitung mit geringem energetischen Abstand zwischen Signal und Rauschen. Die zukünftige Entwicklung der Halbleiterelektronik basiert wesentlich auf der Verringerung der Schaltenergie. Dabei muss aber stets ein sicheres energetisches Verhältnis zwischen Daten- und Rauschsignal gewährleistet sein. Das Qubit als aktuellste Entwicklung einer neuen signalverarbeitenden Technologie liegt schon deutlich in einem Bereich, in dem keine klassische digitale Datenverarbeitung mehr möglich ist. Die Einflüsse durch Rauschen und Quantenfluktuationen lassen nur noch stochastische Algorithmen zu. Die supraleitende Einzelflussquantenelektronik (engl. rapid single flux quantum; RSFQ) stellt aus energetischer Sicht den Mittelweg zwischen Qubits und Halbleiterelektronik dar. Das Signal-Rausch-Verhältnis ist nicht so kritisch wie bei Qubits, aber deutlich ungünstiger als in der Halbleiterelektronik. Für die Anwendung dieser supraleitenden Elektronik besteht die Notwendigkeit für eine umfangreiche Untersuchung zum Einfluss des Rauschens auf die Zuverlässigkeit von Schaltungen in der digitalen Signalverarbeitung. Dabei wird im Rahmen dieser Arbeit zunächst eine genaue Berechnungsmethode für Schaltfehlerraten erarbeitet. Die praktische Anwendung ist durch die ebenfalls entwickelte Weiterführung zu einer leistungsfähigen und ingenieurtechnisch einsetzbaren Näherungsmethode gewährleistet. In der vorliegenden Dissertationsschrift wird konkret die Frage nach der Realisierbarkeit von RSFQ-Logikschaltungen bei starken Rauscheinflüssen untersucht. In der klassischen RSFQ-Technik mit Tieftemperatur-Supraleitern bei 4,2 K spielen Schaltfehler eine unwesentliche Rolle. Lediglich starke Variationen der Schaltzeit (über 10 %) können die Herstellung komplexer Schaltungen beeinträchtigen. Es zeigt sich weiterhin, dass RSFQ-Schaltungen mit Hochtemperatur-Supraleitern bei 20-60 K durchaus fehlerfrei funktionieren können. Allerdings ist dafür ein grundsätzliches Umdenken im Entwurfsprozess dieser Schaltungstechnik erforderlich. Diese Arbeit beschreibt ausführlich die dazu notwendigen Schritte. Alle Berechnungen sind zwar eng an die Einzelflussquantenelektronik geknüpft, sie können aber qualitativ auch auf zukünftige Halbleiterschaltungen mit sehr geringer Schaltenergie übertragen werden.



Ižák, Richard;
Ein Beitrag zur Implementierung von biologisch-orientierten Architekturen für die akustische Signalverarbeitung in CMOS-Technologie, 2004. - 215 S.. Ilmenau : Techn. Univ., Diss., 2004
ISBN 8088997216
- Sprache der Zusammenfassung: Englisch

Die Arbeit befasst sich mit der Problematik der VLSI-Integration feuernder Neuronen der dritten Modellgeneration als Basiselementen komplexer neuromorphen Systeme. Am Anwendungsbeispiel eines akustischen Schallquellenlokalisationssystems basierend auf Koinzidenzdetektion der Neuronfeueraktivität werden die wichtigen Eigenschaften der zu implementierenden Neuronschaltung diskutiert. An zwei neuartigen analogen CMOS-Schaltungen spikender Neuronen wird die Auswirkung auf das Feuerverhalten der gewählten Modellierungstiefe diskutiert und Verbesserungsvorschläge erarbeitet. Dabei werden Vor- und Nachteile der jeweiligen Schaltungstechnik im Bezug auf die erzielbare neurophysiologische Modelltreue verglichen: die Unterschiede zwischen Analog- und Digital-Schaltungen, sowie im Speziellen für den Analogbereich zwischen Spannungs- und Strom-CMOS-Technik, wischen der schwachen und starken Inversion als Arbeitsregimen der MOS-Transistoren. Resultierend wird eine neuartige Analogschaltung in Stromtechnik mittels MOSFETs in starker Inversion vorgestellt, die Feueradaption aufweist und durch ihre Universalität sowohl Spike-Response- als auch Integrate-and-Fire-Neuronenmodelle emulieren kann. Das vorgeschlagene analoge VLSI-Neuron besitzt neurophysiologisch relevante, parametrisierbare ms-Zeitglieder mit alpha- und beta-Signalverläufen verteilt in die einzelnen Synapsenblöcke, wodurch seine Anwendbarkeit erweitert wird. Basierend auf diesen Elementarzellen wird der Aufbau eines neuromorphen auditorischen Lokalisationssystems als analoges Multi-Chip-System gezeigt, sowie weitere zum Entwurf notwendigen CMOS-Analogblöcke detailiert diskutiert: hochlinearer Spannungs-Strom-Wandler basiert auch hochohmigen Inverterschaltungen, universelle, stromsparende Operationsverstärker für schwache und starke MOS-Inversion, sowie ein zyklischer 12-Bit Analog/Digital-Wandler in Switched-Capacitor Schaltungstechnik.



Roscher, Burkhard;
Meßverfahren zur Analyse DQPSK-modulierter OFDM-Signale. - Ilmenau : Wiss.-Verl. Ilmenau, 2004. - XII, 159 S.. Zugl.: Ilmenau : Techn. Univ., Diss., 2003
ISBN 3936404097

Aus der zunehmenden Nutzung DQPSK-modulierter OFDM-Signale zur Hörrundfunkversorgung erwachsen neue Anforderungen an die eingesetzte Meßtechnik, denen die verfügbaren Geräte nur teilweise gerecht werden. Deshalb behandelt die vorliegende Arbeit Meßverfahren zur Analyse derartiger Signale. Die Algorithmen umfassen die Bewertung der Empfängersynchronisation, ein analytisches Verfahren zur Messung der I/Q-Unsymmetrien des Basisbandsignals, die Abschätzung seiner nichtlinearen Verzerrungen und die Nutzung der Kanalimpulsantwort zur Beurteilung der Ausbreitungsbedingungen im Sendernetz. Alle Meßverfahren zeichnen sich dadurch aus, daß ihr Einsatz im regulären Sendebetrieb möglich ist. Ausgangspunkt der Arbeit sind die mathematische Beschreibung des OFDM-Signals und die Charakterisierung der Komponenten seiner Übertragungsstrecke. Sie bilden die Grundlage für die Auswahl aussagekräftiger Darstellungsformen im Zeit- und Frequenzbereich und für die Herleitung geeigneter Meßverfahren zur Bewertung der Signalqualität. Dabei wird der DFT-basierte OFDM-Demodulator als Bandpaß-Filterbank interpretiert und das Übertragungsverhalten seiner Teilfilter in kompakter Form beschrieben. Es wird gezeigt, daß sich sein Ausgangssignal mit Hilfe der Faltung berechnen läßt. Erst diese Herangehensweise erlaubt eine effiziente und gleichzeitig anschauliche Behandlung der OFDM-Demodulation. Um einen Nachweis über die Leistungsfähigkeit der Algorithmen zu erbringen, wurde ein echtzeitfähiger Prototyp-Empfänger für DAB konzipiert und aufgebaut. Er ermöglicht erstmals, das Symbolspektrum des Basisbandsignals zu visualisieren und anhand von Konstellationsdiagrammen die Ergebnisse seiner differentiellen Demodulation entlang der Zeit- und Frequenzachse zu beobachten. Die statistischen Eigenschaften des Zeitsignals werden analysiert. Des weiteren sind die graphische Darstellung der I/Q-Unsymmetrien des Basisbandsignals und die Anzeige seiner AM/AM- und AM/PM-Konversion implementiert. Die Hard- und Software eines modular aufgebauten Prototyp-Empfängers wird beschrieben. Herzstück des Gerätes ist ein miniaturisierter PC, als Betriebssystem kommt \textsc{Linux} zum Einsatz. Die Aufbereitung und Aufzeichnung des DAB-Signals übernehmen ergänzende Baugruppen; seine Verarbeitung und Analyse erfolgen weitestgehend im PC. Die erforderlichen Algorithmen sind in ANSI-C programmiert, und die Bedienoberfläche des Prototyp-Empfängers wurde mit der Skriptsprache Tcl/Tk gestaltet. Eine modifizierte Nutzung des I/Q-Aufwärtsmischers unter vollständiger Vermeidung von I/Q-Unsymmetrien wird vorgeschlagen; sie ermöglicht eine preiswertere Realisierung von direktmodulierenden OFDM-Sendern. Zahlreiche Diagramme verdeutlichen den Einfluß von Sender und Empfänger auf die Signalqualität. Ihre Berücksichtigung bei der Auswahl von Baugruppen erlaubt, sehr hochwertige Gerätekonzepte zu entwerfen oder eine Kostensenkung in der Massenfertigung von Empfängern zu erzielen. Die Umsetzung der vorgestellten Meßverfahren in einem modularen Gerätekonzept ermöglicht den Aufbau preiswerter, kompakter und mobil einsetzbarer Meßempfänger. Diese werden den besonderen Anforderungen, die sich aus dem Einsatz DQPSK-modulierter OFDM-Signale ergeben, vollauf gerecht.



Romanus, Erik;
Einzelflußquantenelektronik-Schaltungen in Niob-Technologie. - Ilmenau : ISLE, 2003. - X, 96 S. Zugl.: Ilmenau : Techn. Univ., Diss., 2003
ISBN 3932633733

In der vorliegenden Arbeit wurden auf dem (Trilayer-) Materialsystem Nb/AlO_x/Nb basierende Einzelflussquanten (RSFQ)-Schaltungen entworfen, optimiert und dann experimentell untersucht.\\ Die erforderliche Technologieentwicklung fusste auf den am Institut für Physikalische Hochtechnologie (IPHT) Jena vorhandenen Erfahrungen bei der Präparation ungeshunteter Josephsonkontakte, die zum Aufbau von Spannungsstandards verwendet werden. Weil die Herstellung geshunteter (stark gedämpfter) Josephsonkontakte Voraussetzung zur Realisierung schneller Einzelflussquantenschaltungen ist, wurde der relevante Prozess zunächst um einen Schritt zur Formierung externer Shunts mittels Dünnschichtwiderständen erweitert. Ausserdem wurde damit auch eine analoge Forderung für die Präparation von SQUID-Schaltkreisen erfüllt. Als geeignetes Widerstandsmaterial erwies sich Molybdän, das bei einer Schichtdicke von 80nm einen Flächenwiderstand von 1Ohm pro Strukturquadrat besitzt und darüberhinaus weitere Vorteile für die Herstellung von Widerstandsschichten in kryoelektronischen Schaltungen bietet.\\ Danach wurde der technologische Prozess durch weitere Schritte zur Präparation benötigter supraleitender und isolierender Schichten komplettiert. Mit der Herstellung geeigneter Teststrukturen zur Kontrolle aller wesentlichen Technologieparameter waren schliesslich die Voraussetzungen zur weiteren Optimierung des technologischen Prozesses gegeben.\\ Im Vorfeld der experimentellen Verifikation der Leistungsfähigkeit der entwickelten Technologie wurde nun ein RSFQ-Spannungsverdoppler hinsichtlich maximaler Ausbeute optimiert. Die nach der Schwerpunktmethode (Centers of Gravity Method) ausgeführte Optimierung ergab, dass die Funktionsfähigkeit des Verdopplers noch für Parametertoleranzen von +-35 gewährleistet war. Eine zusätzliche Abschätzung der Fehlerrate dieser optimierten Schaltung führte auf die Grössenordnung von 10^-40 Schaltfehlern pro Sekunde. Daher sind praktisch keine thermisch induzierten Schaltfehler bei einer Betriebstemperatur von 4,2K zu erwarten.\\ Nach Entwicklung eines Messplatzes zur elektrischen Charakterisierung von Einzelflussquantenschaltungen wurden weitere ausgewählte RSFQ-Strukturen realisiert und experimentell untersucht. Das Vorgehen wurde zunächst anhand einer einfacheren Schaltung (DC/SFQ-Wandler - Josephson-übertragungsleitung - SFQ/DC-Wandler) getestet. Danach folgten Aufbau und messtechnische Charakterisierung des zuvor optimierten Spannungsverdopplers. Mit Hilfe der Strom-Spannungs-Kennlinie wurde dessen Funktion bis zu einer Ausgangsfrequenz von 125GHz nachgewiesen.\\ Die bitgenaue Untersuchung von Einzelflussquanten-Schaltungen ist aufgrund ihrer hohen Dynamik nicht trivial. Insbesondere lassen sich Bitfehler in der Schaltung durch Messung zeitgemittelter Spannungen nicht detektieren. Deshalb wurde eine Schaltung zur Detektion von Bitfehlern des Spannungsverdopplers entworfen und der Nachweis einzelner Fehloperationen simuliert.



Wolf, Mike;
Zur breitbandigen Infrarot-Indoorkommunikation, 2002. - Online-Ressource (PDF-Datei: 152 S., 2,36 MB). Ilmenau : Techn. Univ., Diss., 2002

In der vorliegenden Arbeit wurden die wichtigsten physikalischen Aspekte der drahtlosen IR- Übertragung analysiert; wesentliche Ergebnisse flossen in den Entwurf und den Aufbau einer experimentellen IR-Schnittstelle ein, die bei 16-Mbit/s arbeitet. Der Experimentalaufbau zeigt: Unter der Prämisse sehr einfacher optischer Komponenten ist eine Bitrate von 16-Mbit/s realisierbar, wenn LOS-Verbindungen und vergleichsweise hohe Sendeleistungen akzeptiert werden. Der Aufbau bestätigt damit zuvor gewonnene theoretische Erkenntnisse. Der Entwurf der Schnittstelle wurde nachvollziehbar dargestellt, er verdeutlicht am praktischen Beispiel die wesentlichen Probleme der ungerichteten optischen Übertragung. Aus Sicht des Nutzers hat die flexible Plazierbarkeit eines Endgeräts eine hohe Bedeutung: Im Vergleich zu LOSKonfigurationen treten bei difusen Verbindungen aber neben erhöhten Einbußen durch Mehrwegedispersion auch deutlich höhere Ausbreitungsverluste auf. Dabei ist der Ausbreitungsverlust nicht die eigentliche Schwachstelle der optischen Übertragung, wenn als Referenz die Funkübertragung dient. Denn die difuse Reaktivität vieler Umgebungsmaterialien ist hoch, das haben die eigenen Messungen bestätigt. Das wesentliche Problem der IR- Übertragung ist die schlechte Empfängerempfindlichkeit; im Beispiel wies der optische Detektor einen im Vergleich zum Funkempfänger 46-56 dB niedrigeren Wert auf - letztlich muß dieser Parameter durch einen möglichst geringen Pfadverlust kompensiert werden. Da mit einer difusen Reflexion immer eine hohe Ausdünnung der Signalintensität korrespondiert, sind mit der heutigen Empfängertechnologie keine ökonomischen Lösungen für difuse oder quasidifuse Verbindungen möglich, wenn die Detektorfläche auf wenige cm2 begrenzt bleiben soll. Gerade bei zunehmend kleiner werdenden Endgeräten bzw. der wachsenden Verbreitung von Handhelds ist aber die Einbaugröße von hoher Bedeutung. "Nicht ökonomisch" bezieht sich dabei sowohl auf die notwendigen Herstellungskosten als auch auf die Sendeleistung. Einem leistungseffizienten Modulationsverfahren kommt in Anbetracht der limitierten Empfängerempfindlichkeit eine hohe Bedeutung zu. In diesem Zusammenhang wurde der theoretisch erreichbare Gewinn durch Binärcodierung dargestellt. Es wurde gezeigt, daß sich MPPM-Varianten mit großer Symbollänge dieser theoretischen Grenze immerhin bis auf etwa 3-4 dB nähern. Die tatsächliche Eignung eines Modulations- bzw. Codierverfahrens kann allerdings erst in Zusammenhang mit dessen Eigenschaften bei Übertragung in realen (dispersiven) Kanälen beurteilt werden: Für die experimentelle Schnittstelle zeigte "konventionelles" 4-PPM das ausgewogenste Verhalten. PPM höherer Ordnung verspricht bei ungerichteter Übertragung mit nicht-sektorisierten Komponenten aufgrund einer erhöhten Anfälligkeit gegenüber Mehrwegedispersion keine Vorteile bzgl. der Signalleistung. Optischen Mehrträgerverfahren kommt im Zusammenhang mit der aktuellen Empfängertechnologie dagegen keine relevante praktische Bedeutung zu: Letztlich kann die optische Übertragung aufgrund der großen spektralen Breite der Detektoren nur in geringem Maße von der eigentlichen Größe des optischen Spektrums proftieren. Die Parameter der optischen bzw. optoelektronischen Empfängerkomponenten haben wesentlichen Einfluß auf Gütekriterien wie die mögliche Bitrate (in diesem Zusammenhang wurde gezeigt, wie der Delay-Spread durch den FOV beeinflußt wird) und die schon angesprochene Empfängerempfindlichkeit. Technologische Aspekte zum Empfänger wurden ausführlich diskutiert. Es wurde eine neue Realisierungsmöglichkeit für ein optisches Filter vorgestellt, das in seiner einfachsten Variante einen Leistungsvorteil von ca. 1.5 dB gegenüber einem Farbglasfilter verspricht - bei ähnlichen Kosten. Wird von einer Silizium-Photodiode abgesehen, sind Gewinne von 5-6.5 dB realistisch. Ausführlich wurde auch die Photodiode behandelt, aus deren (quadratischer) Wandlungscharakteristik die prinzipiellen Unterschiede zum Funk resultieren. Avalanche-Photodioden können bei angepaßtem Verstärkerdesign (auch dieser Aspekt wurde sowohl theoretisch als auch am praktischen Beispiel diskutiert) keine Vorteile gegenüber PIN-Photodioden erreichen, weil die Empfängerempüdlichkeit selbst bei Imaging-Receivern durch das Schrotrauschen des Photostroms bestimmt wird. Silizium-Alternativmaterialien für größere Betriebswellenlängen scheitern dagegen zumindest bei großflächigen Dioden an einer zu hohen Kapazität. Überhaupt sind die Parameter einer Photodiode, die für drahtlose Anwendungen eingesetzt werden soll, nicht unmittelbar mit denen einer Diode vergleichbar, die für den faseroptischen Einsatz konzipiert wurde: Durch die große Fläche der Diode muß die Kapazitätä durch eine vergleichsweise hohe Schichtdicke kompensiert werden, die wiederum die Ladungsträgerlaufzeiten negativ beeinflußt. Tatsächlich muß eine Photodiode dem konkreten Anwendungsfall angepaßt werden - das zeigte sich gerade beim Aufbau der Experimentalschnittstelle anhand der zu geringen Grenzfrequenz einer eingesetzten Photodiode. Viele internationale Aktivitäten gelten heute der Untersuchung sektorisierter Sender und Empfänger. Soll die Datenrate der vorliegenden IR-Schnittstelle deutlich erhöht werden, wären zumindest auf der Seite der Basisstation sektorisierte Komponenten angebracht, wenn der abzudeckende Raumbereich beibehalten werden soll. Dabei muß allerdings eine genaue Kosten-Nutzen-Abwägung durchgeführt werden: Nach Ansicht des Autors müssen IR-Produkte letztlich deutlich preiswerter als Funklösungen sein, weil der Nutzer auch einen erheblichen Kompromiß hinsichtlich der Plazierbarkeit und der Störanfälligkeit eingehen muß. An dieser Tatsache wird auch eine im Vergleich zum Funk höhere Datenrate nur wenig ändern. Nach Ansicht des Autors können Verbesserungen vornehmlich auf technologischem Gebiet erreicht werden. Gerade für hoch-sektorisierte Sender und Empfänger sind einfachere Lösungen gefragt. Bei LOS-Verbindungen erspricht vor allem die Sektorisierung der Sender hohe Gewinne bzgl. der Signalleistung | allerdings benotigt ein solcher Sender auch eine Information über die Richtung des anderen Endgeräts. Auch hier fehlen einfache Lösungen. Ein besonders kritischer Punkt ist das optische Filter; ob ein Gewinn von 5-6.5 dB allerdings die Anwendung direkter Mischhalbleiter als Photodiodenmaterial rechtfertigt, kann vom Autor als Nicht-Technologen derzeit nicht mit Klarheit beantwortet werden. Nach Ansicht des Autors wird IR im WLAN-Bereich eine Nischenlösung bleiben. Das Potential liegt vornehmlich in sehr preiswerten Schnittstellen, die dem Nutzer über geringe Entfernungen einen besonders schnellen Datenabgleich zwischen Endgeräten ermöglichen. Evtl. bieten auch Doppellösungen von Funk und IR in einem Gerät Vorteile: Funk garantiert eine hohe Flexibilität, IR eine hohe Datenrate. Dazu muß die IR-Komponente aber klein und preiswert ausfallen.



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Freund, Ronald;
On computer aided modeling of photonic systems and networks, 2002. - Online-Ressource (PDF-Datei: 193 S., 28,8 MB). Ilmenau : Techn. Univ., Diss., 2002

http://www.db-thueringen.de/servlets/DocumentServlet?id=1166
Schneider, Michael;
Analytische Berechnung pyramidenförmiger Wellenleiter mit ein- und zweifach zusammenhängenden Querschnitten. - Ilmenau : Wiss.-Verl. Ilmenau, 2002. - VIII, 92 S.. . - (Forschungsberichte aus dem Institut für Allgemeine und Theoretische Elektrotechnik. - 5) : Zugl.: Ilmenau, Techn. Univ., Diss., 2002
ISBN 3-936404-01-1